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我國單螺桿壓縮機的發展歷程與進展

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我國單螺桿壓縮機的發展歷程與進展

發布日期:2015-06-25 09:35 來源:http://www.cabowitz.com 點擊:

    我國經濟持續高速發展,給壓縮機制造業帶來商機的同時,也提出了更高的要求。不少國際知名壓縮機廠商入駐中國市場,給我國壓縮機制造業帶來了前所未有的壓力。在機遇與挑戰并存的形勢下,如何快速提高我國壓縮機制造技術水平,創立我們擁有完全自主知識產權的民族品牌,已成為當務之急。本文從單螺桿壓縮機制造技術的進展方面來回顧我國單螺桿壓縮機的發展歷程與進展。與大家共勉。

    從1975年至今,單螺桿壓縮機在我國經歷了從低潮逐步進展到正常狀態一個曲折的過程。目前,單螺桿這種結構型式的潛在優點已顯露出來,被市場認同接受,成為容積式壓縮機市場上頗受關注的機型。

    30多年來,在單螺桿壓縮機發展的歷程中曾遇到和解決過許多方面的技術問題,而提高星輪片壽命是貫穿全過程的突出主題。

    星輪片壽命與材質、潤滑、結構設計以至基礎理論研究等都有關系,且與蝸桿與星輪片的制造技術關系Z為密切,可以說星輪片壽命是隨著蝸桿與星輪片的制造技術的進展而提高的。因此制造技術就成為發展單螺桿壓縮機的首要前提與核心技術。制造技術中首先是蝸桿與星輪片加工的專用機床。解決專機的途徑:可以從國外引進購買、或從國內購買、或自行設計等。其中,引進或購買專用機床是捷徑。70年代后期至80年代初曾試圖從國外引進購買,先后曾與辛麥恩、美國CP公司數次洽談,終由于技術封鎖而未成。國內不少機床廠和專用機床研究所都不愿意承接委托設計制造。因此在當時解決專機的途徑只能是自行設計。

    回顧單螺桿壓縮機30多年的發展歷程,大體分為兩個階段。

    一、第一階段1975年至1988年

    1975年北一通首先開始研制單螺桿空壓機,76年試制出9立方單螺桿空壓機。

    1978年以來西安交大壓縮機教研室一些教師開始對單螺桿壓縮機進行諸多方面的深入研究,上海704所介紹了美海軍裝備部門對單螺桿空壓機的評價,并做了噴水內冷單螺桿空壓機的研制與試驗。北一通數次與單螺桿發明人辛麥恩、美國CP公司直面交流、談判引進、及國外考察等。所有這些使有關研制人員對單螺桿技術加深了了解、提高了認識。

    在這一階段,先后研制單螺桿壓縮機產品的廠家有四川(簡陽)空分設備廠,浙江溫嶺化機廠,武漢空壓機廠,蘇北冷凍機廠等廠家。各廠在研制樣機的數年中都努力做了許多有益的工作,而且有的樣機性能數據還很不錯。但未見商品問世。在這一階段只有北一通9立方空壓機一種產品勉強為市場接受,并成為商品持續生產銷售??偨Y其原因Z主要的是對蝸桿、星輪片的制造技術的認識不夠深入以及如何解決制造技術問題存在的差異所致。

    首先,對單螺桿壓縮機制造技術的認識。這里有一個認識過程,首先是對包擴對機器結構特性的重視,之后才發現制造技術其實是關鍵。如星輪片壽命與多種因素密切相關,如浮動星輪結構,嚙合副材質匹配,動力潤滑等,特別是嚙合副型線很重要。嚙合副型線就是單螺桿壓縮機的星輪齒側與蝸桿槽壁接觸配合的幾何曲面型線,從事單螺桿壓縮機的研制人員始終關注型線,尋求接觸應力小(接觸線長、接觸線分散),磨損小(磨損分散、易形成油膜),接觸良好,泄漏少的型線。毋庸置疑,探討嚙合機理,研究并改進嚙合型線是至關重要的。然而,對于發展單螺桿壓縮機產品而言,制造出較好的型線也是重要的,而且是Z現實的。經過失敗與坎坷才能感悟,只有經歷才能逐步成熟。從事單螺桿的研制人員碰到困難,經歷困惑才不同程度地認識到解決加工方法、刀具及設備更為實際、更加迫切。這是發展單螺桿壓縮機產品的首要前提。多年來把解決蝸桿、星輪片的制造技術作為主要課題或主要課題之一。

    綜觀雙螺桿壓縮機的發展歷程,似乎制造技術也是其發展的首要前提:眾所周知,國內外雙螺桿壓縮機是伴隨著開發新型線、恰當的匹配齒數而不斷發展與提高的。型線至關重要,有關研究人員不難在這方面達到共識。同時人們也知道,國內外雙螺桿壓縮機,因為有了高精度的數控轉子加工銑床(磨床),已經使一般的多種型線的加工變得比較容易實現了,而且能夠達到一定的精度、產品被市場認同。加工轉子齒形的銑刀經過二、三十年的努力到1985年左右得以完善。在這樣的前提下,雙螺桿壓縮機才得以發展,人們才得以把精力轉移到型線開發研究與齒數匹配方面來。

    在國內1960年左右開始研制雙螺桿直至1985年國內各制造廠引進購買專用機床后才形成批量生產。由雙螺桿壓縮機的發展也可以看出制造技術是雙螺桿能否成為工業產品的前提,也是其核心技術之一。

    其次,如何解決蝸桿、星輪片制造技術問題存在著差異。

    許多研制單螺桿壓縮機的單位大多是采用普通車床滾齒機等簡單改裝配制組合刀具進行加工,由于這類改裝機床本身精度低,傳動鏈長,剛性差以及組合刀具誤差大等原因,其加工質量較差,難以成為商品。北一通則選擇了設計加工專用機床。1975年樣機設計剛開始,制造技術的探索同步啟動,特別是第一代蝸桿及星輪片專機較快的進展到第二代專機,解決了機床運轉可靠性,提高了機床剛度,也適當的提高了機床精度,使星輪片壽命達到了一定水平,才使單螺桿這種結構型式的空壓機得以保留在壓縮機市場中?;仡櫰饋淼谝?、二代專機,基本上解決了蝸桿的加工方法、刀具及機床(精度還不太高)。星輪片則是仿型法加工,誤差大。

    在這一階段,為數不多的廠、校有關科技人員不怕技術封鎖,鍥而不舍堅韌地探索,積累了許多教訓和經驗,使我國單螺桿壓縮機成為商品,制造技術和產品水平雖然處于初期低級階段,但仍能被用戶接受。十幾年中不斷吸取單螺桿機實際使用的經驗與教訓,針對問題,不斷改進,從而推動我國單螺桿技術緩慢地發展并逐步趨于成熟,為我國單螺桿技術進一步發展與商品生產打下了基礎。

    二、第二階段1989年至2005年

    這一階段的前期,有關人員又進行了多方面的改進(例如定壓比熱力設計、噴油霧化、變徑設計、密封、主機結構、油氣分離直至各系統)。

    特別注重了對蝸桿、星輪片材質的改進:蝸桿的材質從銅改為鋁合金、鑄鐵再改進為球鐵。星輪片材質從第一階段篩選的普通酚醛樹脂層壓板改進為酚醛樹脂、環氧樹脂加玻璃纖維,而且玻璃纖維又從平直改為交叉編織。

    在殼體的制造技術方面又有新進展,創造了在普通銑床上加工殼體星輪孔的加工方法,即:雙圓柱無間隙定心,誤差放大后觀測,逐步調整趨近理想位置的加工方法?;緦崿F了蝸桿星輪中心距±0.01的要求。

    在此前期,設計制造完成了第三代加工蝸桿、星輪片專機。這兩種專機加工范圍大,能加工多種規格,為增加品種創造了條件,機床精度有所提高,刀具上也有改進。首先是蝸桿專機傳動鏈的精度提高,特別注意了末端件的傳動比盡量增大,衰減長傳動鏈的誤差,同時也注意到盡量提高末端件的精度。其次,提高了星輪片半自動加工專機的分度精度,有關專業廠制造的鼠牙分度盤精度滿足不了要求,自行設計制造了鼠牙分度盤對磨機,使兩鼠牙盤在專業廠分度精度的基礎上,再進行互相研磨而成,大大提高了分度精度。同時模版、刀具材質結構都有改進。

    以上這些進展使單螺桿制造技術又提高了一大步,星輪片壽命隨之也顯著地提高了。單螺桿產品能進一步被市場認可與接受。在這樣制造技術和產品水平的情況下,國內單螺桿空壓機制造業出現了前所未有的新局面。單螺桿空壓機產品的品種規格快速增多、生產廠家不斷增加。除北一通外,先后出現了樂雁、飛和、施耐德、浪潮、長沙惠湘、阜新金昊、江漢石油第三機械廠等單螺桿空壓機生產廠。2000年后又出現正力、上海佳力士(樂雁)、上海普渡等廠。此外,重慶壓縮機廠、常德壓縮機廠等也曾組裝過。雖然涌現出這么多廠家,由于上海飛和等廠的共同努力,把多種規格的單螺桿空壓機產品廣泛的推向市場,并成功地打開了市場,所以其中不少生產廠的銷售量仍能以較大幅度逐年上升,特別是1998年后上升勢頭強勁。

    在這一階段的中期,上海飛和集團匯集了壓縮機、機床設計、精密測量儀設計等各行業專家,經過幾年努力,首先實現了向大直徑蝸桿、星輪片制造技術的跨越,自行設計完成了第四代加工專機,從而向市場推出了大排量單螺桿壓縮機。繼而,飛和集團成功的自行設計完成第五代專機,即高精度數控蝸桿加工專機和高精度數控星輪片加工專機,在單螺桿制造技術上實現了重大突破。這個突破主要體現在以下兩個方面:

    1.星輪齒兩側曲面加工方法,從仿型法進展到滾切法。

    由于是幾何展成,從理論上消除了仿型誤差,使蝸桿槽兩側曲面與星輪齒兩側曲面這一特殊的直廊環面蝸桿付共軛。從而制造出Z佳齒形,實現Z好的型線接觸,大大提高了星輪片壽命、容積效率及性能指標。這種滾切法與同時加工三個齒的星輪滾刀相比優點明顯,僅加工一個齒,切削力小,刀具簡單,容易刃磨,刀刃鋒利,切削平穩,星輪齒側精度高,是星輪片制造技術一大進展。

    2.專用機床的設計由原來的傳動關系、強度及剛度設計進展到專用機床的精度設計。

    第五代專機設計中完全著重于專機的精度。多年來我們認識到提高專用機床的精度,特別是傳動精度至關重要,它決定著蝸桿槽與星輪齒的分度精度。傳動精度高、分度誤差就小。6個蝸桿槽、11個星輪齒的分度誤差不容小視。蝸桿槽的分度誤差會使星輪片旋轉不均勻,加速或減速旋轉意味著有旋轉加速度和作用于槽側面與齒側面之間的附加作用力,從而使星輪齒在槽內震顫或顫動。蝸桿高速旋轉(大直徑蝸桿外圓的線速度可達60米/秒左右),這種震顫可能造成極大的危害。如果分度誤差小、附加力小,震顫微小,浮動星輪的橡膠圈彈性阻尼作用尚可有效抑制(控制)。如果分度誤差大,附加作用力大,震顫大,浮動星輪則沒有能力有效抑制。蝸桿(側面)與星輪片(側面)之間附加作用力就會隨震顫增大而增大,Z終導致嚙合付的油膜遭到破壞,星輪齒快速磨損,嚴重時會使浮動星輪橡膠圈損壞以致星輪片齒折斷等。

    由此可見蝸桿及星輪片的分度精度是決定星輪片壽命的Z重要的因素。蝸桿和星輪片的分度精度又取決于專機的傳動精度。因此在專機設計前著重對這種專機的各種不同傳動元件組成的專機傳動鏈的傳動精度進行來了計算、分析與對比,通過分析對比可以認識到影響機床傳動精度的末端元件傳動比、精度、傳動鏈長短等諸多因素的各自的重要度。Z后擇優采用,實現了專機具有高的傳動精度。

    上述兩種高精度專機用飛和自行設計制造的機床傳動精度測量儀(經國家計量局標定精度為3”)檢測其傳動精度比以前的專機精度提高了10多倍。

    上述兩種高精度專機上海飛和集團擁有完全自主的知識產權,是國內現有各單螺桿空壓機生產廠中唯一能擁有能自行設計制造高精度專機的廠家。

    現在國內有兩類高精度蝸桿加工專機及星輪片加工專機。

    第一類高精度加工專機,就是曾在許多期刊上登載的文章中所提的“中國專機”。文章作者自稱“獨家擁有”;“直至目前仍是中國唯一擁有”的“中國專機”。實際情況是并非其獨家擁有,飛和集團也有同樣的“中國專機”。

    第二類高精度加工專機是飛和集團根據蝸桿、星輪片具體結構、按直廊環面蝸桿嚙合付的特點所制定的加工方法及加工特點而自行設計的(飛和獨家擁有完全自主的知識產權)。

    這兩類高精度專機,雖然都是高精度的,但是后者設計得更好、更合理:

    自行設計的專用機床能體現其專用特性,其基本特征是“量體裁衣”,可以Z大限度地實現設計和加工的需求和提高加工效率??蛇x擇Z新Z好的機構及機床配套零部件,并設計成數控機床。

    飛和自行設計的專機與“中國專機”相比:主軸剛度好、加工范圍寬,刀具進給機構合理提高了進給剛度和精度,主軸轉速及進給速度是無極變速,在顯示屏上能直接看出,加工過程中可隨時調整進給速度,既不用手工操作,也無需停車來改變進給量。除上、下工件外,加工過程為全自動控制,生產效率高。由于采用濕切屑更符合環保要求。

    目前飛和集團在加工高精度蝸桿、星輪片方面從刀具、工藝裝備、專用機床直至檢測儀器等已完整齊備。這是制造技術的堅實基礎,為提高星輪片壽命提供了保障。從實際生產銷售方面來看飛和集團早已成為中國單螺桿壓縮機的主導企業。而且由于生產銷售的數量多,積累了更多的各種經驗,只有經歷了才更成熟。綜上所述,飛和的單螺桿技術已經處于成熟狀況。但是技術的發展是無止境的,不斷創新與超越仍是飛和永遠的追求。

    在這一階段中后期,由于單螺桿制造技術有了重大突破,星輪片材質也進行了第三次改進,采用了更好的材質。設計技術也更加成熟,使得單螺桿壓縮機得以更好更快的發展。到目前為止國內現有單螺桿空壓機品種規格已相當齊全,產品的規格范圍甚至超出了國外產品,且其綜合性能指標已具有國際先進水平。只要我們立志改革與創新,努力探索單螺桿壓縮機的機理,深入掌握其設計技術,特別是不斷改進與提高制造技術。在我國現有的條件下,就能造出高水平(國際水平)的單螺桿壓縮機。這一方面受益于中國已成為世界制造業中心,而且也受益于大家30多年來對單螺桿壓縮機技術的辛勤探索。我們相信在不久的將來,中國的單螺桿壓縮機將被國人與世界完全接受與認可。

    綜上所述,30多年來單螺桿壓縮機的發展經歷了一個曲折而又不均衡的過程,前十幾年是艱難探索,緩慢進展,制造技術和產品性能都處于初期低級水平。后十幾年特別是后十年左右單螺桿壓縮機發展迅速,設計技術更加成熟,測試手段基本完備,品種規格齊全,制造技術(加工方法、刀具、專機)實現了重大突破,達到國際先進水平,某些產品也具有國際先進水平,并已有了單螺桿空壓機的行業標準,可以說我國單螺桿空壓機技術已經成熟。在這30多年經歷中單螺桿壓縮機在我國從無到有,從低水平跨越到高水平,這是所有廠、校、院所研制人員鍥而不舍堅韌探索的結果。

    不過我們也應該清醒看到目前單螺桿壓縮機為單級壓縮的空壓機、尚有不少可應用的領域等待研發,任重道遠,發展空間廣闊。從事單螺桿的企業、科研院校及科技人員還需繼續努力,探索創新,為我國單螺桿壓縮機進一步的發展再創輝煌。


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